巴西南北方能源供需方面的差异?
巴西,这个“被上帝吻过的国度”拥有令全世界艳羡的矿产、土地、森林及水利资源,森林覆盖率达62%,广袤的亚马逊热带雨林更是被誉为“世界之肺”,生态环境极佳。丰富的水电支撑着巴西全国3/4的电量供应,生物燃油供应体系全球领先,这些因素促使巴西作为世界第七大经济体、第十大能源消费国,依然能够在当前仍然以化石能源为主的世界能源供应格局中,保持可再生能源消费第一大国地位,能源的生态效益显著。
2017年,巴西的可再生能源占能源消费比重达43.2%,是全球平均水平的3倍以上。而随着大型深海油田的探明,巴西也由曾经的贫油国跃升至南美第二大石油生产国,实现能源自给的同时也使其以生态为特征的能源版图更加完整,进而利用深海石油、生物燃料等生态资源参与全球能源治理,巴西能源的“生态”之光尽显无遗。
巴西能源战略的形成与发展
巴西虽然坐拥丰富的生态资源,但真正意识到这些资源的宝贵之处还要“归功于”上个世纪的石油危机。在此之前,无论是发展单一种植业的“咖啡王国”时期,还是高举“巴西化”的工业扩张时期,巴西的能源战略都较为单一。尤其是20世纪中期,军政领导下的巴西实施“进口替代”战略,开启了巴西大规模工业化。经济高速增长的同时也不断刷新着巴西的石油消费量,对外依存度最高时达90%。随之而来的两次石油危机,彻底终结了这一时期斐然国际的“巴西奇迹”,并进一步诱发了巴西的债务危机、经济危机、社会危机和政治危机,危及整个国家的稳定。内忧外困下的巴西政府也深刻认识到单一能源体系的脆弱性,于是将丰富本国能源供应体系、降低进口石油的战略目光逐步转移到本国富饶的生态资源上。
首先,巴西利用自身盛产甘蔗等生物原料的独特优势,开启了“生物燃料革命”。1975年,巴西推出了世界上最大的化石燃料替代方案“国家乙醇燃料计划”,通过补贴、减税、低息贷款等财政手段激励制糖厂提高蒸馏乙醇的产能,并强制乙醇与汽油混合使用,添加比例由最初的7.5%最高提高至27%;同时大力推行“灵活燃料”汽车,巴西的乙醇汽车数量一度占到全国汽车总量的90%以上。继生物乙醇后,巴西又提出了“国家生物柴油计划”,利用大豆、蓖麻、向日葵等生物原料生产柴油,并逐步探索出另一条能源替代道路。“生物乙醇计划”和“生物柴油计划”的成功实施,使得巴西成为世界第二大生物燃料生产国和消费国,2017年巴西生物燃料产量占全球的22%。
其次,在推进“国家生物乙醇计划”的同时期,巴西进一步加快了水电开发的步伐,陆续修建了伊泰普、图库鲁伊等具有跨时代意义的大型水电站。至今,伊泰普水电站仍以1400万千瓦装机容量、约900亿千瓦时年发电量保持着世界第二大水电站的殊荣。经过近半个世纪的发展,巴西已成为全球水电比重最高的国家之一,截至2017年,巴西水电装机达电力总装机容量的64%,提供全国约七成以上的电量需求。
第三,在石油危机后巴西将油气勘探开发的重点投向了海洋,并从体制机制和技术创新等方面进行了一系列革新。一方面推进石油私有化改革,开放石油市场,引进国外资金和技术;另一方面加强深海勘探技术的科研投入,实施“深水油田开采技术创新和开发计划”,走核心技术自主研发道路。随着国外资本的注入及相关技术的成熟,巴西在海洋油气勘探开发领域取得巨大成功,2006年巴西的石油日均产量已达191万桶,完全实现自给。时任巴西总统卢拉曾说“巴西实现石油自给就如巴西再次获得独立一样,将书写新的历史”。事实也正像卢拉所说,随后发现的巴西大西洋海域盐下层超深水油田,被认为是新千年以来世界上最大的石油发现,保守储量估计约为500亿桶。巴西也由此从一个中等产油国跻身全球产油国十强,IEA甚至预测到2035年,巴西的石油产量将占到全球新增供应量的1/3。
巴西的能源版图在生物燃料、水力发电、深海石油“三驾马车”的引领下不断丰富和完善。2010年后,巴西凭借优质的生态资源,其风电和太阳能发电发展迅速,装机容量分列世界第八和第十位,并与传统的水电、生物质发电形成良性互补,在全球的清洁能源发电领域可为风光无限。
巴西能源战略的成就与隐患
巴西突出生态特征的能源战略,不仅成功扭转其对进口石油的依赖,由“贫油国”变为“富油国”,基本实现能源独立;而且优化了本国能源结构,促进了能源清洁化、多元化发展;更在经济社会发展、能源技术创新、国际话语权提升等方面作用凸显,巴西的大国之梦也被重新唤醒。
在经济社会发展方面,通过能源战略的及时调整与实施强有力地支撑了巴西经济从由石油危机引发的“失去的10年”阴影中逐渐走出,并且作为国家的重要支柱产业,相关能源产业也带动“新巴西计划”“雷亚尔计划”等一系列国家战略的实现,推动巴西现代化工业和社会建设快速发展。尤其是生物燃料行业的蓬勃发展,对于巴西广大农村解决就业、缓解贫富差距、促进社会和谐发展方面意义重大。据统计,每加工100万吨甘蔗生产乙醇,相当于提供5683个工作岗位,虽然大多数工作附加值并不高,但在农村甘蔗工人一度是福利最好的工作。
在科技创新方面,巴西能源的“三驾马车”的核心技术在各自领域都处于世界领先水平。巴西的生物乙醇技术一直保持国际领先,并与美国、欧盟一同设立国际标准,共同扩大全球生物燃料市场,提高国际话语权的同时获取巨大经济利益。同时,巴西也在积极开发以各种稻草、蔗渣等农业废弃物为原料的纤维素乙醇技术,以期在第二代生物燃料技术上依旧保持全球引领地位。而作为水电大国,巴西无论是大型水电站还是小水电都有雄厚的技术储备,并在我国水电发展过程中给予很多帮助,曾派专家参与我国三峡水电站的建设。另外,通过数十年的努力,巴西深海石油勘探和生产技术也跃居世界领先地位,曾两次获海洋钻探技术委员会(OTC)颁发的“深海石油开采技术”证书。深水工程技术能力形成后,不仅在巴西海域相继发现大型油气田,而且成功进入墨西哥湾、非洲、澳洲等全球市场,为其深水工程技术提供了更为广阔的市场空间。
在能源外交方面,突出生态特征的能源战略成功唤醒了巴西人骨子里的大国意识与大国抱负。一方面立足拉美,以能源作为各国利益的结合点和粘合剂,积极倡导拉美能源一体化,主导建立南方共同市场,增强其在拉美的政治影响力;另一方面积极与世界接轨,与美国打造“乙醇欧佩克”,加强与欧盟的新能源和石油贸易,积极开拓亚太能源市场,与中国、印度、俄罗斯、南非并称“金砖五国”,形成全球最大的新兴市场;尤为重要的是,随着气候变化问题逐渐成为国际政治舞台上各国博弈的焦点,“生态”之光照耀下的巴西在全球碳减排格局中地位凸显,在全球气候变化谈判中占有重要一席。
发展“生态”能源虽然给巴西带来诸多实惠,但从其发展过程看并非一帆风顺,尤其是看重“开源”轻视“节流”的开发方式,使得“生态”能源的可持续发展存在诸多隐患。
首先,“生态”能源虽然在“消费环节”更加清洁,但在“生产环节”却在严重考验着巴西生态环境的承受力,在近似“掠夺”的开发方式下,优质的生态资源也不堪重负。生物燃料的快速发展,使得甘蔗种植面积急剧扩张,导致亚马逊森林砍伐加剧,根据世界银行的统计数据,近30年时间巴西森林面积缩小了约53.16万平方公里,近似于英国与意大利的国土面积之和。森林面积的缩小间接导致巴西降雨减少,水电站蓄水位下降,从而引发了现实的供电不足;同时也使巴西的碳减排大国名不副实。因为不同于其他国家,巴西的碳排放主要来自于能源生产,而非能源消费,尤其是森林采伐、农业、土地耕作所产生的二氧化碳占到巴西碳排放总量的3/4,因此生物燃料虽然“清洁”了末端,却“污染”了源头。
其次,以资源为主的“生态”能源本质上有其局限性和脆弱性。虽然巴西海域“盐下层”石油储量丰富,但受海洋环境及实际开采成本的约束,加之近几年巴西石油公司自己的债台高筑,想要依靠盐下层石油“变现”并非易事。而生物燃料行业本身具有脆弱性。一方面易受国际糖价和油价的影响,上世纪80年代就出现因糖价上涨、油价暴跌导致生物乙醇行业大萧条;另一方面,生物燃料的主要原料甘蔗等易受气候影响,为了保证产量,采伐森林、占用粮食耕地成为常态,由此引发的粮食问题、劳工问题广受诟病。在水力发电方面,巴西部分地区的持续高温和旱灾将水力发电的局限性暴露无遗,一方面是不断飙升的用电需求,另一方面是水电站缺水,加之巴西“老迈”的电力系统整体安全裕度较低,使得“巴西大停电”成为国际能源电力领域的高频词汇。
虽然巴西政府也逐渐认识到“资源型”能源战略的“软肋”,并从资源开发模式、加强生态修复等方面作出调整,但其政策上连贯性不足。尤其是极右翼候选人博索纳罗当选新一任巴西总统后,其对于石油电力领域私有化的担忧、允许开垦亚马逊雨林、甚至退出“巴黎协定”等一系列“狂人讲话”,使得未来巴西以生态为特征的能源发展蒙上阴影。
中巴能源合作前景
我国与巴西同为“金砖国家”,且分别是东西半球最大的发展中国家,两国的能源合作具有天然的互补性与战略性,尤其是在海洋油气、电力、新能源产业等领域,发展潜力巨大。
在海洋石油领域,中巴原油贸易量逐年攀升,2015年我国已超越美国成为巴西石油的最大买家,而以“贷款换石油”不仅让我国获得稳定的原油进口,又为巴西注入充裕资金拉动经济增长,实现双赢。随着我国“蛟龙号”等深海勘探领域的突破,两国在未来海洋能源的探索和开发等方面的合作前景广阔。
在电力领域,中巴两个水电大国有诸多“不解之缘”。三峡集团通过“参股合作、资产并购”等方式深度参与巴西水电开发,目前三峡巴西公司已成为巴西第二大私营发电企业;而负荷中心远离能源基地的特性为我国特高压输电技术提供了施展空间。2017年12月投运的国家电网巴西美丽山项目一期工程完成了我国特高压技术的海外首秀,也标志着中巴电力合作进入新的历史发展阶段。
在新能源领域,巴西作为推动全球生物燃料产业发展的先锋,在生物燃料的开发和利用上破解了一系列关键性技术和产业化难题,可为我国通过发展生物质能源丰富能源多样性、推动农村能源革命提供有益参考;而巴西作为风电、光伏发电的新兴市场,其广阔的市场空间为我国相关产业“走出去”提供了重要机遇。
总体看,虽然未来中巴能源合作可能面临资源民主主义、文化制度差异、法律法规制约、党派博弈及美国干扰等不确定性因素的挑战,但同为崛起中的全球性发展中大国,走“生态优先、绿色发展”的能源之路必将符合本国发展的长远利益,也是向全世界展示“大国担当”的重要窗口;而两国在能源资源、能源技术等方面天然的互补性与互利性,决定着两国能源合作前景大有可为,这将不仅有利于各自国内经济发展,而且对中拉能源合作乃至“南南能源合作”都具有极强的示范效应,可谓惠本国而利天下。
生物能源又称绿色能源,是指从生物质得到的能源。它是人类最早利用的能源,也一直是人类赖以生存的重要能源。古人钻木取火、伐薪烧炭,实际上就是在使用生物能源。
“万物生长靠太阳”,生物能源是从太阳能转化而来的,只要太阳不熄灭,生物能源就取之不尽。生物能源的转化过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质,生物能源的使用过程又生成二氧化碳和水,形成一个物质的循环,理论上二氧化碳的净排放为零。生物能源是一种可再生的清洁能源。利用高技术手段开发生物能源,已成为当今世界发达国家能源战略的重要部分。
21世纪是生物的世纪,是科学技术飞速发展的新世纪,而可持续发展是当前经济发展的趋势所在。面对化石能源的枯竭和环境的污染,生物能源的开发利用为经济的可持续发展带来了曙光。生物能源作为可再生、污染极小的能源,具有无可比拟的优越性,必将为21世纪的经济发展和环境保护注入强大的推动力。
当前,生物能源的主要形式有四种:沼气、生物制氢、生物柴油和燃料乙醇。
(1)生物能源——沼气
沼气是一种可燃气体,由于这种气体最早是在沼泽、池塘中发现的,所以人们称它“沼气”。我们通常所说的沼气,并不是天然产生的,而是人工制取的,所以它属于二次能源。沼气对于目前我国广大农村来说,是一种比较理想的家庭燃料。它可以用来煮饭、照明,既方便,又干净,还可节约大量柴草。
沼气多为就地制取、就地使用的能源,不需要远距离运输和传送,减轻了运输负担,也减轻了农民的经济负担。
沼气不仅是一种干净的能源,而且在工业生产上可作为化工原料使用。沼气的主要成分是甲烷,这种气体在高温下能分解成碳和氢,因此,沼气可用来制造氢气和炭黑,并能进一步制造乙炔、合成汽油、酒精、塑料、人造纤维和人造皮革等各种化工产品,用途日益广泛。
沼气的发现与沼气发酵的发展
沼气是由意大利物理学家A.沃尔塔于1776年在沼泽地发现的。1916年,俄国人B.Ⅱ.奥梅良斯基分离出第一株甲烷茵,但不是纯种。1980年,中国首次分离甲烷八叠球菌成功。目前世界上已分离出的甲烷菌种近20株。
世界上第一个沼气发生器(又称自动净化器)是由法国L.穆拉于1860年将简易沉淀池改进而成的。1925年在德国、1926年在美国,分别建造了备有加热设施及集气装置的消化池,这是现代大、中型沼气发生装置的原型。第二次世界大战后,沼气发酵技术曾在西欧一些国家得到发展,但由于廉价的石油大量涌入市场而受到影响。后随着世界性能源危机的出现,沼气又重新引起人们重视。1955年新的沼气发酵工艺流程——高速率厌氧消化工艺产生。它突破了传统的工艺流程,使单位池容积产气量(即产气率)在中温下由每天1立方米容积产生0.7~1.5立方米沼气,提高到4~8立方米沼气,滞留时间由15天或更长的时间缩短到几天甚至几个小时。
20世纪20年代初期,罗国瑞在广东省潮梅地区建成第一个沼气池,随之成立了中华国瑞瓦斯总行,以推广沼气技术。目前中国农村户用沼气池的数量达1300万座。而高速率厌氧消化工艺生产性试验装置已在糖厂和酒厂正常运行。
(2)绿色能源——生物柴油
生物柴油是生物质能的一种,是清洁的可再生能源。它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料。
生物柴油是一种优质清洁柴油,可从各种生物质提炼,因此可以说是取之不尽,用之不竭的能源,在资源日益枯竭的今天,有望取代石油成为替代燃料。生物柴油是典型“绿色能源”,大力发展生物柴油对经济可持续发展,推进能源替代,减轻环境压力,控制城市大气污染具有重要的战略意义。
(3)巴西打造生物能源大国——生物燃料
现今全世界都在进行生物能源的开发,但是最成功的例子就是巴西。巴西可再生能源占全国能源的比例高达44.7%,而全球平均仅为13.3%。巴西的可再生能源主要是乙醇和水力发电,其中乙醇的比重日益提高。
巴西利用甘蔗发酵生产酒精,因为甘蔗的含糖量高,所以酒精的产量也很高。巴西的法律规定,汽车的燃料中必须加入10%~25%的酒精作为燃料。而且在上个世纪,巴西就发明了乙醇汽车,是以纯酒精作为燃烧动力,这样不仅使他们国家的石油进口量减少,而且环境也得到很大的改善。不仅如此,酒精的大面积生产带给巴西的经济效益也是巨大的。巴西成功的例子是世界上发展生物能源学习的模范。
(4)世纪的理想能源——氢能
氢气是高效、清洁、可再生的能源,在全球能源系统的可持续发展中将起到显著作用,并将对全球生态环境产生巨大的影响。采用氢能源是当前世界公认的可代替石油能源的主要出路之一。氢本身是可再生的,在燃烧时只生成水,不产生任何污染物,甚至也不产生二氧化碳,可以实现真正的“零排放”。此外,氢与其他含能物质相比,还具有一系列突出的优点。首先是氢的能量密度高,是普通汽油的2.68倍:用于贮电时,其技术经济性能目前已有可能超过其他各类贮电技术;将氢转换为动力,热效率比常规化石燃料高30%~60%。如作为燃料电池的燃料,效率可高出1倍,氢适于管道运输,可以和天然气输送系统共用。在各种能源中,氢的输送成本最低,损失最小,优于输电:氢与燃料电池相结合可提供一种高效、清洁、无传动部件、无噪声的发电技术。小型的低温固体离子交换膜燃料电池可用在汽车和火车机车上:氢也能直接作为发动机的燃料,因此国际上一些著名的汽车公司已经开始大力开发电动汽车产品。
早在1965年,外国的科学家们就已设计出了能在马路上行驶的氢能汽车。中国也在1980年成功地造出了第一辆氢能汽车。氢能汽车行车路远,使用的寿命长,最大的优点是不污染环境。近年来,国际上以氢为燃料的“燃料电池发动机”技术取得重大突破,而“燃料电池汽车”已成为推动“氢经济”的发动机。因此氢能汽车具有广阔的应用前景。
巴西的农业发达,是世界蔗糖、咖啡、柑橘、玉米、鸡肉、牛肉、烟草、大豆的主要生产国。巴西是世界第一大咖啡生产国和出口国,素有“咖啡王国”之称。巴西又是是全球最大的蔗糖生产和出口国、第二大大豆生产和出口国、第三大玉米生产国,玉米出口位居世界前五,同时也是世界上最大的牛肉和鸡肉出口国。可耕地面积约1.525亿公顷,已耕地4660万公顷,牧场1.77亿公顷,2012农牧业产值同比下降2.3%,粮食总产量1.66亿吨。主要粮食作物玉米,分布东南沿海一带。
2011年巴西转基因农作物种植面积相比2010年增加了20%,全国用于耕种转基因大豆、玉米和棉花的土地面积达到3030万公顷。巴西的转基因作物种植面积已连续四年呈现两位数的同比增幅,增长率位居全球第一;该国的转基因作物面积仅次于美国位居世界第二。
依托农业优势,巴西从20世纪70年代开始绿色能源研发,从甘蔗、大豆、油棕榈等作物中提炼燃料,成为世界绿色能源发展的典范。巴西不仅是世界生物燃料生产和出口大国,也是世界上唯一一个在全国范围内不供应纯汽油的国家。巴西消费的燃料中有46%是乙醇等可再生能源,高于全球13%的平均水平。
随着人类对地球资源的无节制的获取和利用,地球的有限资源将在未来的几百年枯竭,地球的生态系统也会受到巨大的影响。人类只有减少非再生能源的使用,逐渐向可再生能源转型,这样才可以维持人类的可持续发展。可再生能源主要包括风能,太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能和核能等。
可再生能源的意义。地球上的不可再生资源主要包括煤炭、石油和天然气。这些资源探明的储备量已经远远无法满足人类的使用了。石油只够使用50年,天然气只够使用60年,而煤炭只够使用200年,其他金属矿产只够使用不到200年,不过虽然人类技术的提高,金属的回收利用的效率也会提升。人们面临的最大问题就是能源危机。除了能源危机以外,不可再生资源的燃烧和利用会产生大量的有害气体和温室气体,多生态环境的影响是巨大的。所以大力发展可再生能源就是人类的未来,而且这些能源最大的优点是清洁无污染。
可再生能源的种类。可再生能源中最常见的就是太阳能,该能源主要来自于太阳辐射,目前人类的卫星和航天器都用太阳能提供持续的动力,未来可以提高给汽车和飞机使用,也可以普及居民用电,光伏产业目前已经成为全世界关注的焦点。风能是地球表面空气的运动而产生的,风力发电是目前最常见的使用领域。水能和潮汐能都是利用水的运动而产生的能源,目前主要用于发电,这类能源是取之不尽用之不竭的能源。生物能主要包括沼气、生物制氢、生物燃料乙醇等,但是该能源如果不合理的开发会对生态系统造成影响。核能是人类文明最重要的发现,虽然技术含量较高,但是能源的持续性较好,而且宇宙中的原材料是取之不尽的。
主要分布在东部(或东南)沿海地区地形平坦(以高原和平原为主)气候湿润,热量充足等地方。
巴西以国土面积、可耕地资源、气候特点等优势以及世界对农产品需求增长为依据,确定“以农立国”的可持续发展战略。巴西有优质高产良田3.88亿公顷,其中的9000万公顷尚未被利用;2.2亿公顷的牧场。
2004年的农牧业产值1802亿美元,占国内生产总值的33%;农村劳动力1770万人,占全国就业总数的37%;农产品出口值390亿美元,占出口总量的40%,农业被视为拉动巴西国民经济的火车头。
扩展资料:
农牧业 可耕地面积逾27亿亩,已耕地7670万公顷,牧场1.723亿公顷,咖啡、蔗糖、柑橘、菜豆产量居世界首位,是全球第二大转基因作物种植国、第一大大豆生产国、第四大玉米生产国,同时也是世界上最大的牛肉和鸡肉出口国。2017年粮食总产量2.377亿吨,其中大豆、玉米、大米三大农作物产量分别达1.14亿吨、9784.3万吨和1232.8万吨。
除小麦等少数作物外,主要农产品均能自给并大量出口。能源结构 使用可再生能源较多的国家,2015年,可再生能源在一次能源生产总量中所占比例达41.2%,其中甘蔗制乙醇和水力发电分别占一次能源生产总量的16.9%和11.3%。
乙醇、水电在可再生能源中占比分别为41.1%和27.5%。有相对完善的核燃料循环工业。有铀矿采冶、纯化、铀转化、浓缩和核燃料元件生产能力。现有运行核电机组2台,在建机组1台。
依托农业优势,巴西从20世纪70年代开始绿色能源研发,从甘蔗、大豆、油棕榈等作物中提炼燃料,成为世界绿色能源发展的典范。巴西不仅是世界生物燃料生产和出口大国,也是世界上唯一一个在全国范围内不供应纯汽油的国家。巴西消费的燃料中有46%是乙醇等可再生能源,高于全球13%的平均水平。
参考资料:百度百科-巴西农业
不同类型的可再生能源
通过使用以下类型的可再生能源,我们可以帮助减少对化石燃料的依赖。这不仅将有助于保存不可再生资源,还将有助于减少污染。
1.太阳能
当我们想到可再生能源时,太阳能通常是想到的最早的自然能源之一。每天,太阳以太阳辐射的形式散发出大量的能量。最终,其中一些到达了地球,我们可以以各种不同的方式利用它。
尽管太阳能是最受欢迎的可再生能源之一,但目前在全球可再生能源容量中排名第三。根据IRENA的2019年报告,该报告研究了2018年底的可再生能源发电能力。
太阳能光伏
太阳能光伏(PV)是我们可以用来将太阳能转化为电能的技术。在这里,太阳能电池板被放置成吸收来自太阳的能量。然后,他们能够使用太阳能光伏工艺产生电流。
这样的太阳能光伏板可以发电。
我们可以在家庭或工业规模上使用太阳能。屋顶太阳能电池板是世界上许多家庭的常见景象。它们有助于发电,供家庭使用。太阳能农场是工业规模使用太阳能的一个例子。在这里,大量太阳能电池共同工作以产生大量电能。
太阳能热
太阳能热是太阳能使用的另一种类型。在这里,我们可以利用来自太阳的能量来加热流体(例如水)。该技术可以在家用太阳能热水系统中找到。太阳能集热器是可用于此目的的设备。有两种主要类型,称为“平板”和“真空管”收集器。
太阳能热真空管集热器。
太阳能热电厂也存在,可以利用太阳能热发电。通过集中太阳热能来加热特殊的流体。流体的热量然后转移到水中,然后沸腾并产生蒸汽。然后,蒸汽能够为涡轮机提供动力,涡轮机使发电机转动,从而产生电能。
2.风能
风能是另一种流行的可再生能源。几个世纪以来,我们一直以风船和风车的形式利用风。如今,我们主要利用风力在风力涡轮机的帮助下发电。
许多国家使用风力涡轮机来满足其能源需求。根据它们的位置,它们可以是一种非常有效的发电方式。风电场是风力涡轮机的集合,可以在陆地(陆上风电场)和海上(海上风电场)中找到。
风能的总容量在2018年略高于太阳能。风能占可再生能源总发电量的24%,太阳能达到20%。
这样的风力涡轮机可以发电。
3.地热能
地热是另一种可再生能源。我们脚下的地面包含大量热能。地面靠近地面,从太阳吸收热量。在地球深处,岩浆可以帮助加热岩石。我们可以以不同的方式利用这种能量。
家用地热能系统使用地源热泵来帮助加热房屋的水。这可能涉及将几百米的水管放置在离地面几英尺的地方。当水流过管道时,它吸收了地面的热量,并且另一端的热量要比开始时的温度略高。然后可以重复该过程以增强效果。
地热热泵使用类似的管道来加热水。
地热发电厂是工业用途的一个例子。这些装置中的一些可以挖掘到地下深处的过热岩石中。可以将水泵入井中,然后再产生蒸汽,然后将其抽出以驱动涡轮机。这类发电厂仅在岩浆最接近地壳的区域有效,例如火环。由于这一地理限制,地热发电不如太阳能,风能和水力发电受到欢迎。
4.水能
水能包括利用流动的水来发电。数百年来,我们一直以水车的形式使用该技术。如今,我们主要将其用于发电。
水源可能来自不同的地方。一些最常见的水力发电技术类型包括:
水力发电大坝–这些利用水坝围墙捕获大量的水。然后可以通过水坝的结构释放水,在此过程中旋转涡轮机。
潮汐能–利用水下涡轮机来利用潮汐能。随着潮汐的进出,涡轮机旋转,然后借助发电机发电。
波浪动力–比上面的动力少,但具有利用波浪动能的潜力。在这里,大的管状容器被放置在靠近海岸的地方。当它们在波浪中摇摆时,它们能够将波浪能转化为电能。
在考虑可再生能源时,我们经常忽略水力发电。但是,根据IRENA的2019年报告,到2018年底,水能占可再生能源发电能力的50%。这不仅仅是太阳能和风能的总和!
截至2018年底,水力发电容量最高的三个国家是中国,巴西和美国。中国的装机容量为352,261兆瓦,领先于巴西的104,195兆瓦和美国的103,109兆瓦。
这样的水力发电大坝可以产生大量的电力。
5.生物质能
生物质是另一种可再生资源。它使用有机物来满足各种不同的能源需求。有机物可以包括以下任何一种:
木材–就发电而言,主要来自柳树和杨树。其他来源包括木屑,锯末,原木和树皮。
作物-包括小麦,玉米,甘蔗和土豆等淀粉类作物。它还可以包括油菜作物,例如油菜籽,油菜籽,大豆和向日葵。
动物与人类废物–包括肥料,污水,泥浆和动物垫料。
园林垃圾–尚未完全分解的鲜草屑。
就生物能源而言,我们可以以不同的方式利用以上内容。
生物质能
在这里,木材被燃烧以加热水。然后产生蒸汽,该蒸汽可以驱动涡轮以发电。这与使用煤,石油或天然气的传统发电厂的过程类似。
生物燃料
我们可以使用传统的粮食作物来生产生物燃料,例如生物乙醇和生物柴油。然后可以将它们用于兼容的发动机中,以替代汽油和柴油。
沼气
这使用了称为“厌氧消化”的过程,该过程涉及在密闭腔室内加热动物或人类废物。随着加热,它分解得更快并产生甲烷。然后,我们可以捕获它并存储以备后用。它可以在炉子上燃烧以做饭或取暖,有时用于运输。
像这样的厌氧消化池可以产生沼气。
生物能源问题
关于生物质是否可再生存在一些争论。但是,通常认为它是可再生能源。这是因为只要地球上有生命支持,它所使用的有机物就会一直存在。
当然,生物质确实会带来一些环境影响,应予以考虑。尽管农作物在生长过程中会吸收二氧化碳,但燃烧时会释放到大气中。这可能对空气质量和我们的健康有害。
回顾
随着全球能源需求逐年增加,寻找可持续的能源生产方式现在比以往任何时候都更加重要。利用太阳能,风能,地热能,水能和生物质能可以帮助实现这一目标。
可再生能源与不可再生能源相比具有关键优势,因为它们永远不会耗尽。它们通常对环境也更好。您可以在此处更深入地了解可再生能源的优缺点。
据美国能源部能源情报署《国际能源展望2004》基准状态预测,全球能源消费总量将从2001年的102.4亿吨油当量增加到2025年162亿吨油当量,世界能源消费在2001-2025年将增加54%。日本、欧盟等能源机构预计,全球能源消费峰值将出现在2020-2030年。全球化石能源的枯竭是不可避免的,将在本世纪内基本开采殆尽。《BP世界能源统计2006》的数据表明,全球石油探明储量可供生产40多年,天然气和煤炭则分别可以供应65年和155年。国际能源署2005年分析认为,到2030年世界能源需求将增长60%,届时仍将有“足够”的资源可满足需求。预测未来石油需求增长的大多数将来自运输部门,运输部门占全球石油需求的份额将从现在的47%增加到2030年的54%。同时指出,C02排放也将增多,减排温室气体是一个严峻的挑战。
国际能源署认为,中东将增加投资以扩增常规石油资源产能,非常规石油资源如油砂等将得到加快开发利用,氢能将有少量应用,可再生能源将有更大发展潜力。到2030年,替代能源尤其是可再生能源,不仅将成为不可或缺的重要能源,而且将成为降低温室气体排放的重要举措。作为全球能源市场日趋重要的一个组成部分,目前中国的能源消费已占世界能源消费总量的13.6%,世界能源消费将越来越向中国和亚太地区聚集。
据预测,目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储采比分别为约80、15和近50,大致为全球平均水平的50%、40%和70%左右,均早于全球化石能源枯竭速度。未来5-10年,中国煤炭国内生产量基本能够满足国内消费量,原油和天然气的生产则不能满足需求,特别是原油的缺口最大。注重能源资源的节约,提高能源利用效率,加快可再生能源的开发利用,对于中国来说既重要又迫切。
二、世界可再生能源发展趋势
世界大部分国家能源供应不足,各国努力寻求稳定充足的能源供应,都对发展能源的战略决策给予极大的重视,其中可再生能源的开发与利用尤为引人注目。化石能源的利用会产生温室效应,污染环境等,这一系列问题都使可再生能源在全球范围内升温。
从目前世界各国既定能源战略来看,大规模的开发利用可再生能源,已成为未来各国能源战略的重要组成部分。自上个世纪90年代以来可再生能源发展很快,世界上许多国家都把可再生能源作为能源政策的基础。从世界可再生能源的利用与发展趋势看,风能、太阳能和生物质能发展最快,产业前景最好,其开发利用增长率远高于常规能源。
风力发电技术成本最接近于常规能源,因而也成为产业化发展最快的清洁能源技术,风电是世界上增长最快的能源,年增长率达27%。国际能源署的研究资料表明,在大力鼓励可再生能源进入能源市场的条件下,到2020年新的可再生能源(不包括传统生物质能和大水电)将占全球能源消费的20%,可再生能源在能源消费中总的比例将达30%,无论从能源安全还是环境要求来看,可再生能源将成为新能源的战略选择。
三、世界部分国家可再生能源发展目标
2004年,美国、德国、英国和法国可再生能源发电占总发电量的比重分别为1%、8%、4.3%和6.8%;到2010年将分别达到7.5%、20.5%、10%和22%;到2020年将都提高到20%以上;到2050年,德国和法国可再生能源发电将达到50%。韩国可再生能源消费比重将由2004年的2.1%提高到2010年的5%。日本和中国的可再生能源消费比重将由2004年的3%和7.5%提高到2010年的10%左右,2020年分别达到20%和15%。
四、世界部分国家可再生能源利用进展
美国正在加大可再生能源研发和利用力度,2005年美国能源部能源研发总投资7.66亿美元,其中可再生能源研发投资占了42%。美国制定了庞大的太阳能发电计划,克林顿政府出台的“百万屋顶计划”将在1997年到2010年里,安装总容量达4.6亿兆瓦的光伏发电系统。
德国新的《可再生能源法》,为投资可再生能源提供了可靠的法律保障。德国制定了《未来投资计划》以促进可再生能源的开发,迄今投入研发经费17.4亿欧元。2004年,德国可再生能源发电量占总发电量的8%,年销售额达100亿欧元。风力发电占可再生能源发电量的54%,太阳能供热器总面积突破600万平方米。法国。法国推出了生物能源发展计划,2007年之前将生物燃料的产量提高3倍,使起成为欧洲生物燃料生产第一大国。具体内容是建设4个生物能源工厂,年均生产能力达到20万吨,生物燃料的总产量将从目前的45万吨上升到125万吨,用于生产生物燃料的作物面积也将达到100万公顷。由于生物燃料目前成本比汽油和柴油贵2倍,法国已出台一系列优惠措施,鼓励生物燃料的生产和消费。
英国把研究海洋风能、潮汐能、波浪能等作为开发新能源的突破口,设立了5000万英镑的专项资金,重点开发海洋能源。不久前,在苏格兰奥克尼群岛的世界首座海洋能量试验场正式启动。英国第一座大型风电场一直在不断发展,目前风电装机总量已达650兆瓦,可满足44万多个家庭的电力需求,近期还将建设10座类似规模的风电场。
日本官方报告,将从2010年正式启动生物能源计划,并与美国和欧盟共同开发可再生能源,建设500个示范区。预计将投资2600亿日元,而与之有关的产品和技术将成为日本新工业战略的重要组成部分。
其他国家和地区。一些发展中国家如中国、印度、印度尼西亚和巴西等国家,越来越重视可再生能源对满足未来发展需求的重要性。中国制定实施了《可再生能源法》,编制了《可再生能源中长期发展规划》,将大力发展可再生能源并确定了明确目标。印度成立了可再生能源部,政府全力推动可再生能源资源的开发利用,目前印度在风电和太阳能利用规模方面已居于世界前列。东盟国家也开始重视可再生能源的开发工作。10个成员国各自都有了发展可再生能源的计划,包括地热、水电、风能、太阳能和来自棕榈或椰子油的植物燃料等。按东盟计划,到2010年各成员国的可再生能源电力将达到2.75万兆瓦,其中印尼、菲律宾和泰国将成为领先者。
1.1 能源安全是最重要的战略目标
在当前全球气候变化的形势下,以及意识到不可再生资源总有一天会日渐耗竭的背景下,随着紧缺的石油资源问题突出,国际油价持续攀升、各国对能源资源安全关注程度也随之普遍上升。维护国家能源安全是当今世界各国面临的重大课题,无论是发达国家,还是发展中国家都将保障能源安全作为国家能源战略的首要目标。
发达国家人均能耗高,需要大量进口补充境内能源资源的短缺,因此,能源发展战略除了考虑本国的资源因素外,极为注重涉及到国外资源开发利用的国际因素影响,甚至关注其他国家能源需求变化对国际能源市场的影响及对自身的影响程度。在历年的石油危机后,针对当前石油资源紧张的形势,发达国家以其较充沛的经济实力逐渐加大石油战略储备力度,建立和加强战略石油储备是发达国家保障能源安全的主要措施。而且,由于国家的经济实力强,对能源发展战略的考虑既重视近期的能源供应安全问题,又重视长远的能源可持续发展。发展中国家在国际竞争中处于弱势,多偏重于建立当前自身的能源安全供应体系。能源资源充裕的发展中国家已认识到利用资源优势发展国家经济的重要性,逐步加大了国家对国外企业开采和资源输出的控制。菲律宾明确国家能源和经济安全的底线是“确保实现国家能源60%自给自足”。巴基斯坦战略目标明确,突出增加本土能源比重,减少对外进口依赖的重要性,并对落实目标,做出了详尽的项目规划。乌克兰在经历了能源供应危机后,能源战略更加强调节能降耗、提高能源自主供应能力的必要性。墨西哥强调能源立法,同时,要及时分析阻碍国家能源发展的主要障碍,进行能源战略调整。
石油战略储备曾是以石油消费为主的发达国家应付石油危机的最重要手段,作为保障石油供应安全的这一战略措施也逐渐为发展中国家所效仿。现在,具有一定经济实力的国家为减少供应风险,都开始着手石油战略储备。石油战略储备已超出一般商业周转库存的意义,更重要的是取得主动,避免受制于人,有利于稳定国内经济发展,增强国际竞争力。
各国能源战略最突出的变化特点就是以减少石油消费、减少进口能源依存度为主要目标。在当前可再生能源尚未能够实现全面替代的形势下,节能是实现这个目标最现实、收效最快的措施。历史上,发达国家曾以减少石油消费的战略赢得了更大的市场利益,在20世纪70年代石油危机的后的20年内,迫使石油价格处于甚至低于10美元/桶的低价运行时期。当前更加强调综合利用法律、经济和技术等手段鼓励节能,从开采、加工、运输、利用和消费等多环节深挖节能潜力,发展节能产业。为达到节能目的,利用市场和企业、消费者行为开发节能机械、节能汽车等;取消石油价格管制,主张由市场机制调节能源供求关系,对能源企业进行私有化改革,提高资源配置能力,加强勘探等措施。
各国经济持续发展和人民生活水准提高的要求,必将加大能源资源的消费量。如何减缓能源消费的增速,只有提高能源效率、加强节能。各国不同程度地采取立法、经济激励、政府补贴、自愿协议和广泛宣传等各种政策措施,并且相互借鉴有成效的举措,体现在各自的能源发展战略中。近年来全球气候变暖,生物多样性锐减,气候灾害频繁的形成与人类过度地消耗化石能源存在密切的因果关系。虽然能源给当代人的生活带来了一定的舒适和便利,但是全球能源消耗量持续增加的趋势不仅对世界能源供应是严峻的挑战,而且给全球减少温室气体排放带来巨大压力。当人类生存环境遭到严重破坏后,很难逆转。
越来越多的国家在制定本国能源战略和政策时,已将环境因素放在优先考虑的地位。不少国家的能源战略强调发展新能源替代化石能源和实现《京都议定书》的温室气体控制目标。在《京都议定书》建立的减、限排温室气体总量机制下,大气中温室气体排放空间凸显为一种稀缺性的经济资源,拥有了这种资源就等于拥有了温室气体排放权和经济发展空间。依据《京都议定书》的规定,可以出售多余的二氧化碳排放配额。美国为了国内集团利益拒绝批准《京都议定书》,俄罗斯于2004年11月批准了《京都议定书》。
由此可见,能源的战略选择不仅是能源本身的问题,也是经济利益的问题,环境保护和人类生存的问题。能源发展在经济发展的推动下,正越来越受到环境因素的制约,能源战略目标由单纯强调能源供应向3E(Energy,Economy,Environment)方向发展,即能源、经济与环境的协调发展转变。 各国的国家能源战略均加重强调实现保障能源安全需要全方位的措施,不过度依赖单一的能源形式,减少经济发展对石油、煤炭、天然气的依赖程度,战略的核心是安全、环境和效益。各国的能源战略都出现了“多元化”的宇样,其含义是非常深刻的:一是能源资源种类的多元化,这可以带来能源产业的繁荣,同时将促进能源科学技术的飞速发展;二是以保障石油安全为核心,积极开拓新的石油供应基地,实现能源进口渠道的多元化,并且各国都有意识地避开主要从中东地区进口的做法,将多元化进口的目标锁定在其他具有一定油气资源输出能力的拉美、非洲或东欧地区。三是关注全球资源状况,将资源开发重心由境内移向境外。无疑,这一策略的普遍采用,又必然将带来新的矛盾和问题。虽然对于能源资源出口国,是本国经济发展的太好契机,但是也会相应带来一些争端,如国内资源保护派的激烈反对,或者贸易国之间各种各样的资源争夺战,由此可能会引发出新的一类局势不稳定问题。
由于石油价格的暴涨,各发达国家的能源结构逐渐发生了变化。坚定不移地奉行能源多元化战略,积极寻求替代石油资源,开发核能、氢能和其他新能源,甚至适度发展国内的煤炭工业,以降低对进口石油的过度依赖程度。重新认识煤炭,加快洁净煤技术的研发和推广。
为确保能源供给的自主性,能源发展的可持续性,21世纪以来全世界已形成转变以石油为主的能源经济,积极开发可再生能源的新高潮。各国能源发展战略措施各有侧重,有的国家积极发展风电、有的国家积极发展核电,但都是以逐步替代油气资源为核心展开的一系列研究方案。可再生能源技术和清洁能源技术的创新将成为世界能源未来发展的制高点,世界能源市场将由目前的资源型转向未来的技术型,是一场更具竞争性的挑战。
从可再生能源发展的状况分析,欧盟是世界上最推崇发展可再生能源的国家集团,其发展可再生能源的战略是:在全面发展的同时,突出风力发电、太阳能发电、生物质液体燃料技术的开发和应用。发展可再生能源方面所采取的主要措施是:制定具体目标、落实经济政策、建立研发队伍、培育产业基础、建立市场氛围、鼓励企业竞争。目前欧洲已成为风力发电、光伏发电技术和市场发展的中心。
印度和巴西是发展中国家发展可再生能源的榜样。印度注重根据自身条件,寻找突破口,所采取的策略是:风力发电以市场换技术,市场规模和产业技术同步发展;适度发展太阳能;生物质能源则以解决农村能源为主;氢能研发有所投入,跟随国际潮流。巴西坚持能源多样化和多渠道,因地制宜发展生物质能源的能源发展战略:依靠水电和生物液体燃料资源优势,减少石油进口,保障国家能源安全,2004年的生物液体燃料产量达到了1500万t,处于世界领先地位,甚至出口生物质能源促进经济发展。
不但一个国家的不可再生能源资源是有限的,而且全球的不可再生能源资源也是有限。资源的有限性与各国能源战略区域向境外转移的特点,意味着国际间的能源资源争夺正在加剧。与过去不同,各国发展所面临的外部环境发生了重大的变化,不能再靠殖民地的方式掠夺资源。资源与市场的国际化,使各国政府意识到,必须加强与能源生产国的外交往来,保证能源供应的来源;同时,必须加强能源消费国之间能源合作,形成联盟,增强话语权,抵御能源价格的上涨。资源进出口国之间的外交关系、资源国之间的战略联盟(如OPEC)的合作以及资源进口国之间的战略联盟(如IEA)的竞争与合作关系更加微妙。突出体现在国际石油问题上,焦点集中在中东。为保障能源安全,能源外交成为能源消费国家21世纪以来的外交重点。各国能源战略普遍出现加强国际化的趋势。例如,韩国对内制定正确的能源政策;对外开展有效的能源外交,实施能源进口多元化。积极倡导区域间的能源合作,加强与产油国的谈判力度。非洲各国强调需要进一步加强团结和合作,协调各国能源政策,明确能源发展战略。无论是产油国还是消费国,积极推动国际合作都是十分必要的。油气出口是印度尼西亚的经济支柱,巩固与邻近国家间的互补合作机制成为国家能源战略的主要目标。
由于能源对国家社会经济发展和国计民生具有重要作用,能源的市场性质已从一般商品转为重要的战略商品,能源问题已呈现出日益全球化和政治化的趋势。由一国自主的能源发展向境外资源的拓展是各国能源需求数量和品种的要求,为避免国家之间对世界有限能源资源的恶性竞争,积极开展能源外交,将能源作为处理国际关系的重,要战略因素,强调能源生产大国之间以及消费大国之间的对话机制,发展多国的能源国际合作是十分必要的。而且,由此也将会进一步促进经济全球化的发展。
欧盟的能源战略就突出体现了以上国际能源战略的特点。欧盟的能源战略重点是保证“经济安全、国防安全、生活安全”,提出“保障能源供应、保护环境和维护消费者利益”的基本原则。在确保本国能源供应方面以节能和发展可再生能源和生物燃料为主要战略措施,加强能源共同体的建设。
欧盟各国的能源战略虽各具特点,但是总体上是一致的。例如,德国的能源战略锁定长远目标,从能源资源利用的经济效益出发,有效控制国内有限的能源资源开发;持续不断地节能;积极开发风能等可再生能源,占据能源新技术的制高点,实现传统能源的替代。能源进口多元化,石油储备法定化,保障安全供应。面对本国不可再生能源资源递减的趋势和全球气候变化的挑战,英国新的能源战略基点是低碳。强调在市场框架和政策相互影响下,培育市场竞争力,实现提高能源效率、发展可再生能源促进能源多样性的战略。能源技术的研发不局限于本国的能源资源,着眼于世界主要的能源应用技术,以实现未来的能源技术出口换能源资源进口的发展战略。法国立足国情,因地制宜地发展能源多样化,积极发展核电,提高能源供应独立性,实现安全供应。比利时的能源战略长远目标是使用更利于环保的能源,逐步向全部使用可再生能源过渡。波兰在长期能源战略目标下,针对当前问题,突出过渡期的能源战略重点。依据国家能源法,明确政府与企业的职责,国家财政将不直接参与能源项目投资,只在法律和税收政策、贷款担保等方面为企业提供支持。美国能源战略的核心是提高能源供应自主性,突出特点是一个具有长期性和综合性的国家战略。战略目标明确,并辅有相应详细的政策和对策目标、措施,易于操作、监管。实际上,美国能源战略还有一个极为重要内容就是充分开发利用全球的油气资源。观察美国国家外交战略圈,几乎囊括了地下埋藏着丰富的石油等战略资源的国家,特别是中东地区。在不断努力巩固海外石油来源的同时,逐渐明确要减少对石油的依赖。发展新技术,包括燃料的替代技术和设备的更新技术。
能源战略和政策是日本政府一贯的工作重点,能源战略的稳定性促进能源政策的有效实施。虽然日本能源资源贫乏,目前日本一次性能源的自给率不足20%,但是政府立足于技术创新致力节能,成立“节能中心”,健全能源管理体系,指导国民和企业的节能以及节能技术的研究开发,积极发展太阳能等新能源;着眼于全球能源资源的利用,坚持实施以保障能源安全为重点的外交策略,以及国内企业联合一致对外,参与国际竞争的做法,不断提高开发国外石油资源的份额。随着社会经济的发展和外部环境的变化,日本不断完善能源构成多样化、进口多元化和以石油储备为依托的能源战略,从政治、外交、经济、科技等全方位考虑能源战略的发展,确保了自身能源的长期安全供给,保障了国家的经济安全,并使得日本成为世界能源效率最高的国家。俄罗斯能源发展战略制定经历了较长的时间。能源战略目标明确,所关系到的对象明确。能源区域发展具有地域资源特点,相应的能源政策针对性强,每一种能源,如石油、天然气、煤、电能(包括核能和热能)、能源输送等的发展预测都提出了经济体制改革问题以及为实现改革所应该创造的必要条件。同时,指明了能源工业和其他工业部门的相互关系,能源工业科技和创新的重要意义。并且明确了能源战略实施系统,包括:联邦政府行动计划,实施国家能源政策的指标体系,原有相关规划的修订,利用国家信息资源建立的能源战略实施监控系统。实现可持续发展已经成为世界各国的共同课题,而对人口众多的中国来说,具有更大的特殊性和挑战。为实现全面建设小康社会的目标和应对能源长远发展遇到的严峻挑战,我国采取正确的能源战略具有决定性意义。只有实现可持续发展的能源战略,才能保证在“能源消耗最少,环境污染最小”的基础上,实现经济社会快速发展和人民,水平的提高。我国必须汲取西方发达国家的成功经验,学习其他发展中国家根据具体国情发展的经验,建立符合中国特色的、能源效率不断提高和环境保护日益加强的中、长期可持续发展能源战略。
随着经济的发展和社会的进步,世界各国将会更加重视环境保护和全球气候变化问题,通过制定新的能源发展战略、法规和政策,进一步加快可再生能源的发展。
从目前可再生能源的资源状况和技术发展水平看,今后发展较快的可再生能源除水能外,主要是生物质能、风能和太阳能。生物质能利用方式包括发电、制气、供热和生产液体燃料,将成为应用最广泛的可再生能源技术。风力发电技术已基本成熟,经济性已接近常规能源,在今后相当长时间内将会保持较快发展。太阳能发展的主要方向是光伏发电和热利用,近期光伏发电的主要市场是发达国家的并网发电和发展中国家偏远地区的独立供电。太阳能热利用的发展方向是太阳能一体化建筑,并以常规能源为补充手段,实现全天候供热,提高太阳能供热的可靠性,在此基础上进一步向太阳能供暖和制冷的方向发展。
总体来看,最近20多年来,大多数可再生能源技术快速发展,产业规模、经济性和市场化程度逐年提高,预计在2010-2020年间,大多数可再生能源技术可具有市场竞争力,在2020年以后将会有更快的发展,并逐步成为主导能源。 多年来,世界各国为了促进可持续发展,应对全球气候变化,积极推动可再生能源发展,已积累了丰富的经验,主要是:
1、目标引导
为了促进可再生能源发展,许多国家制定了相应的发展战略和规划,明确了可再生能源发展目标。1997年,欧盟提出可再生能源在一次能源消费中的比例将从1996年的6%提高到2010年的12%,可再生能源发电量占总发电量的比例从1997年的14%提高到2010年的22%。2007年初,欧盟又提出了新的发展目标,要求到2020年,可再生能源消费占到全部能源消费的20%,可再生能源发电量占到全部发电量的30%。美国、日本、澳大利亚、印度、巴西等国也制定了明确的可再生能源发展目标,引导可再生能源的发展。
2、政策激励
为了确保可再生能源发展目标的实现,许多国家制定了支持可再生能源发展的法规和政策。德国、丹麦、法国、西班牙等国采取优惠的固定电价收购可再生能源发电量,英国、澳大利亚、日本等国实行可再生能源强制性市场配额政策,美国、巴西、印度等国对可再生能源实行投资补贴和税收优惠等政策。
3、产业扶持
为了促进可再生能源技术进步和产业化发展,许多国家十分重视可再生能源人才培养、研究开发、产业体系建设,建立了专门的研发机构,支持开展可再生能源科学研究、技术开发和产业服务等工作。发达国家不仅支持可再生能源技术研究和开发活动,而且特别重视新技术的试验、示范和推广,经过多年的发展,产业体系已经形成,有力地支持了可再生能源的发展。
4、资金支持
为了加快可再生能源的发展,许多国家为可再生能源发展提供了强有力的资金支持,对技术研发、项目建设、产品销售和最终用户提供补贴。美国2005年的能源法令明确规定了支持可再生能源技术研发及其产业化发展的年度财政预算资金。德国对用户安装太阳能热水器提供40%的补贴。许多国家还采取了产品补贴和用户补助方式扩大可再生能源市场,引导社会资金投向可再生能源,有力地推动了可再生能源的规模化发展。
自200年前的工业革命工业革命发生在18世纪后期到19世纪初期。当时,农业、制造业和交通领域都发生了重大变革,它们对英国的社会经济学和文化等都产生了重大影响。这些变化不久就蔓延至整个欧洲和北美大陆,最终波及全球,导致了全世界的工业化进程。工业革命的发生标志着人类社会重要的转折点。人们日常生活几乎所有的层面都受到了不同程度的影响。以来,人类就对化石燃料产生了依赖。人们几乎从未想过会有所改变。也许环保人士危言耸听,也许有些良心不安,也许会把中央空调调低一两格,或者买辆低油耗汽车。但实际上能够停止使用这些人们所必需的用品吗?
“难以想象:真的没有选择了吗?”
眼下气候变化问题争论得甚是激烈,根源就是安于现状,缺乏对未来的设想。“节约能源”——不错的环保口号,但无济于事。除非此刻经济停止增长,如果情况不是这样(也不可能这样),则就算用最“有效”的手法也只能暂时缓和,不管节约多少,很快就会被更高的人均能源消费所吞噬。即使人们像苦行僧一样生活,也是换汤不换药的做法。环保主义者哀叹他们预计的暗淡前景似乎就会成为现实。油价已经突破了历史最高限度,石油储量告急,当这些不再是窃窃私语、市井传言而成为公开议题时,人们有理由相信,世界末日真的不远了……但也并不是每个人都如此悲观。在物理学家、生物学家和工程师的眼中,另一个世界正在成型。如本书所述,化石燃料经济时代结束后的计划已经在制定中,而且没有多少痛苦的转型过程。提倡新能源的人士不会威逼吓唬,而是去诱导人们,为他们勾画出一个超出想象却又同样舒适,甚至更加美好的世界。
可替代能源听起来像在逃避现实。风能和太阳能似乎都很难像现在的锅炉和蒸汽轮机那样给这个繁忙而自我的世界提供足够的电力。电池驱动的汽车似乎有点搞笑,就像送奶的马车,离名牌跑车还差得远,但新的可替代能源的支持者却非常认真。尽管他们中不少人看中其环保价值,但更多的却是为了钱。
因此不管是什么替代品,必须要便宜(至少不必像现在这么高),又要容易使用(至少不比现在难)。对于石油的替代品来说,价格突然不是什么问题了。在未来可替代能源领域中,生物燃料或者电池将会比今天的石油更有竞争力。当然,今天的石油价格不是一成不变的,石油的价格或许会跌。但随着农作物的改良,制造加工技术、生产流程和燃烧效率的提高,生物燃料价格也会下降。与此同时,在可预见的未来,电力会比汽油便宜。未来的电动汽车插上插座就能充电,如同现在用油泵加油一样。日本本田公司近期公布的新车型依然属于氢燃料电池驱动车,而电池汽车不需要新渠道输送能量。现有的电网调整优化后,能提高发电站输出电能的使用效率,这样,基础设施就已足够用了,关键是用什么发电。另外两种能源似乎会是更合适的替代品。风力已经赶上天然气,后者的价格随着石油的价格水涨船高,而风力价格已经接近煤炭价格,太阳能也只落后几年。大多数现代体系已经认可了风力这种档次的价格。事实上,两个行业都非常成功,以至于制造业都无法跟上它们的发展步伐。其实它们价格本不该如此,只因受制于供应不足的瓶颈而被迫提高。煤炭是最便宜的发电燃料,但燃烧时产生的二氧化碳对气候有很大影响,这迫使人们为气候变化而付出巨大的代价。如果对其收取特殊税将有助于替代能源的发展。然而,就算不需支付这种税,一些雄心勃勃的企业家已经开始讨论采用比煤炭更便宜的替代能源了。
力量与荣耀
未来技术的大发展很可能主要取决于可替代能源。人人都需要一个繁荣昌盛的市场,而最繁荣的市场取决于科技革新的成果。世界上一些敢于冒险的企业家都从20世纪80年代的计算机大普及,90年代的互联网大发展和21世纪初的纳米技术与生物技术的飞跃中获利。目前,他们正在寻找下一个科技大发展的领域。他们认为自己已经找到了这一领域:能源。
以往的许多繁荣都曾得益于能源:燃煤蒸汽机、燃油内燃机、电力的大发展,甚至航空旅行的激增等。但是,在过去的几十年中,与能源相关的繁荣却没有什么重大突破。煤炭是廉价的,天然气也是廉价的。除了20世纪70年代那段时间,石油也是便宜的。一种真正的新奇事物就是核能的闪亮登场,改革的压力已降至最低。在两年时间里,一切都发生了改变。石油已不再廉价——达到历史最高点。
能源构成
人们正日趋关注这样一个问题:随着消费量的持续增加,石油供应的峰值可能会很快到来,已有的石油资源会被耗尽,而新的油气资源又难以找到。人们越来越关注自己的汽车油箱内的燃料,而不是从地下采出更多的石油。这似乎是一种近乎狂热的经济行为。人们目前并不认为可以用车载电池来取代汽车的油箱。天然气价格与石油价格同步增长,这也带动了电价的上涨。相比之下,风能与太阳能的价格并不算高。实际上,煤炭的价格依然便宜,而且是正在工业化的亚洲发电厂所喜欢的燃料。但是,富裕国家观察事物的角度是不同的。从理论上讲,美国仍有大量待建的燃煤发电厂。但在过去的15年中,仅建成了为数不多的此类发电厂,相当多的待建项目或被推迟或被取消,其主要原因如下。
首先,美国已建了大量工厂。其次,美国的电力公司担心自己很快就会因二氧化碳的排放而支付特殊的污染费用。富裕世界的其他地区已经开始实施这一措施。人们已经为燃气发电厂大量投资,但很快就发现自己进入了一个价格不断上涨的陷阱,人们不想再犯同一种错误。风能与太阳能所面临的是巨大的资金缺口与空前的发展机遇。这些零资源能源的未来价格是可知的,即使目前人们对风力与太阳能发电厂的投资已经超过了燃煤发电厂的投资,但前者的经济价值依然难以判定。风能与太阳能发电大发展的前景不够明朗,人们对它们的认识还可能改变。当经济下滑时,全球变暖全球变暖是自20世纪以来地球表面空气与海水平均温度升高的现象,而且地球温度仍然在继续升高。从2005年底向前100年内,全球地球表面的平均温度上升了0.74±0.18℃(1.33±0.32°F)。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)总结认为:“自从20世纪中叶以来,绝大多数所观察到的全球平均温度上升很可能是人为产生的温室气体浓度增加所致。”即温室效应增加的后果。太阳变化、火山活动等自然现象可能不会对前工业化时期到1950年期间的全球变暖造成明显的影响。而在1950年以前,全球气温还略有下降。这些基本的结论已经得到至少30个科学团体和学术机构的赞同,包括主要工业化国家的国家级科研机构。(这是一种长期现象)可能并不为绝大多数人所关注。当新的油气资源满足了亚洲地区日益增长的需求时,高油价就可能下跌。但这些原因可能都不会完全消失。
“如果敌对的政府能够被和平地更迭且资源变得更加多样化,则人类的能源供给就会得到保障。”
如果石油意味着传统的、能够很便宜地从地下开采出来的资源,则石油峰值石油峰值是指全球石油开采达到最大值的时间点。从这个时间点以后,石油的生产就进入了最终的衰减阶段。这一概念是根据对单口油井开采率而得出的。一口油井的总生产率在达到峰值之前一直呈增加状态,到达峰值后就开始下降,而且这种产量下降往往是相当迅速的,一直到油田枯竭。用这一概念可以总结一个国家的国内生产率,并可用于全球石油开采率的分析。重要的在于人们应注意到石油峰值并不是指石油正在被耗尽,而是指石油开采率达到峰值以及随后的减少。可能很快就将到来。自然界中存在着丰富的其他种类的油气资源(如油砂等),因此油气资源在一个较长的时期将不会被耗尽。但它的生产成本将更为昂贵,而且以后的生产费用将会高于今天的费用。此外,任何政治风险都将危及石油的安全,因为政治风险常常与政府相关,原因很简单——石油资源的存在也会引起政府的腐败,这种政府根本无法控制它们的政治家的行为。
能源的市场非常庞大。目前全球人口每年消耗的能量约为15太瓦(1太瓦等于1万亿瓦)。做一个商业性转换,这相当于一年全世界经济产出的十分之一。到2050年,全球电力消耗量可能将会达到30太瓦。如果它被物质化,而且它在目前占主导地位,尤其是那些依靠信息技术的能源市场的份额将达近几千亿美元。新的技术不断更新产生了突破性效应,迫使人们更换现有的设备。然而,建造风能发电厂并不需要关闭燃煤的火力发电厂。出于上述两种原因,任何从一种以化石燃料为基础的经济过渡到另一种以可再生能源为基础的经济,即向绿色能源的转换都可能是一个缓慢的过程。过去,这方面的改变并不大。另一方面,从市场供应规模来看,可替代能源的机遇使得它们已处在转化的边缘并已渐成潮流,风能的利用正是如此。一些能源技术具有创新性和突破性潜力。比如“插入式”(Plug-in)汽车就可以电力为动力来源,其费用相当于每升汽油25美分。然而,这可能会对石油、汽车制造业和电力工业造成冲击。
过去的几十年中,技术创新为能源工业的发展提供了有利机遇。实际上,在能源领域中,生物技术与纳米技术并不会有太大的发展,主要掣肘于它们的工业应用,而工业应用也将会促使它们的发展,同时也会使这些技术重现辉煌,也会产生许多新的技术。能源的新技术并没有太多的突破。埃隆·马斯克(Elon Musk)是一位发明家,与人共同开发出一种电池动力的运动型小汽车。拉里·佩奇(Larry Page)与谢尔盖·布林(Sergey Brin)是谷歌(Google)的创始人,他们已经启动了一项名为Google.Org的计划,旨在找到一种能使可再生能源真正比煤炭更为便宜的途径。这种对能源领域中可再生能源的兴趣正在产生大量的新观念,其中一些是颇具前景的,而另一些观念则是离奇古怪的,它们可以令人想起网络公司大繁荣的时代。随着这种大繁荣,绝大多数此类观念将会变得无足轻重。但是,在它们中间,没准就会出现像Paypal、Google或Sun这样的成功企业。一些更为传统的公司也正在引起人们的兴趣。通用电气公司(General Electric,GE),是美国最大的工程企业,也已大力发展风力涡轮机技术并积极致力于它们的太阳能利用开发业务。美国纽约的Schenectady实验室的能源研究者正在充分地享受着自己企业的科学民主气氛,他们的研究经费非常充足。
同时,英国石油公司与壳牌公司正在成为学术与创新的领头羊;一些拥有充满希望的企业,如杜邦(DuPont)公司(世界上最大的石油化工企业之一),它们也投入了可再生能源的开发利用。当然,也并不是所有的企业都投入此类研发工作。埃克森—美孚石油公司(Exxon-Mobile),这家世界上最大的私营石油公司就没有从事此类研发工作。但是,在大量的可再生资源研发过程中,也不可能不受环境保护人士的指责。一些人抱怨,许多已有的可再生能源依靠额外的补贴或者其他形式的特殊处理才可被利用。从表面上看,此话当真。但深入分析起来,地球上的所有能源都得依靠“补贴”才可获取,它们既明晰又隐秘,而且它们的开采成本也不尽相同。所以,人们就为发电寻求可再生能源,如风能涡轮机就正是这种可再生能源的施展领域。在多云天气的德国、运营的太阳能工业以及美国人所使用的以玉米为原料的乙醇工厂等都是可再生资源利用的实例,当然,巴西人所使用的以糖为原料制成的乙醇则要便宜得多。虽然这种由非化石燃料进行的发电已经在电力生产中占据了一定的比例,但是似乎这种特殊的发电技术目前还并未形成大气候,它们仅停留在市场上展示创新发明的阶段。
如果世界是理性的,则所有这些关于能源的限制都将被一扫而光,而且正如时下在欧洲所发生的那样,它们会由适当的碳税所替代。根据英国投诉 IPCC的建议,风能的交易价格已经进入了总量管制与排放交易体系。如果目前的风力发电已经具备了与化石燃料的竞争力,那么,其他可再生资源的大发展也就为时不远了。但很遗憾,对这种资源替代的特殊做法可能是相当不错的,但这种调整需要特殊的工艺技术,它们既不喜欢华而不实的好大喜功,也不能在不需要时就匆匆放弃。
贫瘠的世界变得更绿。对此,至少富裕的世界是这么认为的。即使一些西方的政治家和商人对此持否认态度,但那些贫穷的、正在迅速发展的国家已经在越来越多地关注着可再生能源的开发利用。事实是,中国正在以众所周知的速度大建燃煤发电厂。但中国也拥有自己庞大的风力发电能力。在2008年,这种风力发电能力有望增加三分之二。中国拥有数量上排名世界第二的太阳能镜面板,这还不算遍布中国大地的屋(楼)顶的太阳能热水装置——那是世界第一的。巴西拥有仅次于美国的世界第二大风力资源以及最具经济效益的生物质能燃料工业。生物燃料在巴西人的小汽车燃料消费中已经占到了40%的份额,而且很快就会占到发电量中15%的份额(通过制糖废料的燃烧发电)。南非正在成为新型的、安全而简单的核反应器应用的领头羊。从严格意义上讲,核能并不是可再生能源,但核能是无碳排放的,因此,越来越受到人们的欢迎。这些国家以及一些与它们相似的国家正在准备放弃化石燃料。这些国家将因地制宜就地取材地获取自己的能源。所以,如果可再生能源和其他可替代能源在价格方面能具竞争力的话,则穷国和富国都将接受它们。
如果政治的与经济的变化仅仅出现在高价和资源量短缺阶段,而与人类对石油峰值到来的恐慌无关的话,那么,经济变化对这些油气进口国的伤害在很大程度上将取决于石油峰值期之后石油进口量如何快速下降的情况。出口国家的模拟模型表明,人们所能开采出来的石油量在全球范围内下降的速度大大地快于石油出口国的石油产量,因为这些石油出口国的石油需求量也在快速增长。产量的下降(因此供应量也会下降)将会导致油价大幅飙升,如果人们的需求量能够保持在一个计划中的适当水准,并使用替代能源,则这种情况可得到缓解。在石油峰值期到来的20年中,我们一直需要这样行事。根据乐观的预测,石油生产的峰值期将出现在2020年至2030年左右,而对替代能源的重大投资应该在这种危机出现之前就进行,以避免在一些发达国家中人们的生活方式和水准发生明显改变。这些模型表明,石油的价格先会逐步上升,然后随着其他类型燃料和能源的投入使用,油价就会下跌。根据悲观的预计,如果以目前的速度开采,石油的峰值期已经达到或即将到来,任何积极的措施可能都不会有什么作用。据此预测,全球的油气产量将会下降,并可能导致全球市场上一系列连锁反应,还可能造成全球工业文明的倒退。在2008年初,有迹象表明,不断攀升的油价将会使可能衰退的经济形势更加岌岌可危。面对能源危机,广泛采用绿色能源和保持适当的节能生活方式已为人们广泛接受。这已促使人们对可替代动力和燃料能源研究的关注,比如燃料电池技术、液态氮技术、氢燃料技术、生物乙醇制取技术、生物柴油、克里斯低温碳处理技术(Karrick Process)、太阳能利用技术、地热能使用技术、潮汐能、波浪能以及风能与核聚变能的利用等。目前从天然气中获得氢气,为一种纯能量损失过程,而在北美洲和世界其他地区这种氢气的产量正在下降。一旦停止从天然气中提取氢气,人们依然需要从其他能源中获得氢气,当然,其加工处理过程依然需要消耗大量能源。然而,这也使得人们将氢认定为一种能量的携带者,像电力一样,但不是一种资源。未经检验的脱氢加工过程也已证明,水可以作为一种能源。效率机制,例如大功率的发电厂能够明显地更加有效地利用目前已有的发电能力。这是一个用于描述日益增加的交易效率的名词,应用消耗功率去增加可以实现的市场供应而不是增加发电厂的发电能力。因此,目前是一个可替代能源的买方市场。可再生资源有效地利用了自然资源,如太阳光、风、雨水、潮汐以及地热等,它们是可以自然补充的,而且目前的技术水平是可以利用太阳能、风能、水力发电和微型水电能力、运输业中的生物质能与生物燃料。
2008年全球所消耗的能源中,约14%来自于可再生能源,13%来自于传统的生物质能,如木材燃烧。水力是地球上第二大可再生资源,达3%。接下来是热水,占到全球能源消耗中的1.3%。现代技术所开发的地热、风能、太阳能以及海洋能在全球能源消耗中的贡献占0.8%。这些领域的技术应用潜力是极其巨大的,超过了所有其他可以获得的资源量。可再生能源技术往往会因为它们的间歇性或其他原因而备受指责,而可再生能源市场也正以多种形式发展着。
风能的利用以每年30%的速率增加,在全球范围内,装机容量已达100吉瓦,风能已在多个欧洲国家和美国得到了广泛的应用。2006年,全球的光伏(太阳能)工业所产生的电力已达2100兆瓦,太阳能(PV)发电已在德国广泛使用。在美国和西班牙的太阳能发电厂大量运营,其中最大的太阳能发电厂 SEGS坐落在美国的莫哈维(Mojave)大沙漠区,它的年发电量达354兆瓦。全世界最大的地热发电厂位于美国加利福尼亚州的Geysers(黄石公园地区),其发电量达750兆瓦。巴西的可再生能源发电厂是世界上最大的此类发电厂之一,所使用的燃料来源于制糖原料的生物乙醇,在全国汽车用燃料中,18%为生物乙醇。在美国,乙醇燃料也得到了广泛的应用。目前,一些国家已经制定了大型的可再生能源开发计划,可再生能源激活素目前在发电领域的应用尚不广泛,多用于偏僻而遥远的地区,而能源在人类社会的发展中则是至关重要的。肯尼亚的家庭太阳能拥有量占全球之冠,每年大约有30000个小型(20~100瓦)太阳能利用系统投入使用,气候变化与高油价有着密切的关系,石油峰值期和日趋增加的政府支持正在促进着可再生能源利用的相关立法,加速它们的利用与商业化。
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